CN101928499A - 利用聚苯胺/凹土复合微粒制备防腐蚀保护涂料的方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用聚苯胺/凹土复合微粒制备防腐蚀保护涂料的方法及应用，首先，通过原位法制备聚苯胺/凹土复合微粒；然后，制备丙烯酸/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸丁酯三元共聚物溶液；最后，将聚苯胺/凹土复合微粒与三元共聚物溶液按一定的比例共混，经超声搅拌制得防腐蚀保护涂料。该方法以聚苯胺/凹土复合微粒为主要原料制备防腐蚀保护涂料，涂料具有良好的均匀性、粘附性和涂敷工艺性能及防腐蚀性能，一方面能有效提升凹土的经济附加值，另一方面有效地节约资源和能源。

Description

利用聚苯胺/凹土复合微粒制备防腐蚀保护涂料的方法及应用

技术领域

本发明涉及一种利用聚苯胺/凹土复合微粒制备防腐蚀保护涂料的方法及应用，属于金属防护领域中材料保护涂料制造技术。

背景技术

金属的腐蚀是金属受环境介质的化学或电化学作用而被破坏的现象。金属的腐蚀遍及各个行业领域，给国民经济带来了巨大的损失。据世界发达国家的调查统计，腐蚀造成的直接经济损失占国民经济总产值的1～4％，每年腐蚀生锈的钢铁约占产量的20％，约有30％的设备因腐蚀而报废。在我国，由于金属腐蚀造成的经济损失每年高达300亿元以上，占国民生产总值的4％。

长期以来，人们一直采用多种技术对金属加以保护，防止腐蚀的发生。其中，最简单、最常用的方法是在金属表面涂敷防腐蚀油漆，以隔绝腐蚀介质与金属基体的接触。在过去的几十年里，导电高分子材料迅速发展，为开发绿色涂料带来了希望。聚苯胺是一种具有特殊功能的导电高分子材料，长期以来，人们对聚苯胺的开发研究主要集中在利用其导电性方面，例如二次电池、半导体器件、隐身材料等。近年来，人们发现聚苯胺对铁基金属具有防护作用，大量的试验结果也证明了聚苯胺涂料对铁基金属具有良好的防腐保护能力。

钢铁材料的腐蚀主要是因为酸、碱、盐在氧气的共同作用下与金属发生氧化还原反应。目前人们普遍接受的聚苯胺的防腐蚀机理是Wessling提出的金属钝化理论，该理论认为聚苯胺对金属的氧化有催化作用，从而在金属表面生成一层具有保护性的氧化膜，使金属处于钝化状态。另外，由于聚苯胺还能吸收金属腐蚀反应所需的去极化剂或氧化剂(主要是氧气)，从而阻止了金属的腐蚀。

由于聚苯胺是一种具有很强相互作用的共轭大π键的大分子，其溶解和粘附性能都很差，除了在一些强极性溶剂中如N-甲基毗咯烷酮、N，N-二甲基甲酸胺中有一定的溶解性之外，在普通有机溶剂中几乎不溶解。由于需要大量的有机溶剂，从而释放出大量的有机挥发物，尤其芳烃类、甲醛等对人体健康有严重损害。随着环保意识的增强，控制有机挥发物的排放越来越受到世人的重视，许多国家都制定了相应的控制标准。采用与其它组分复合的方法，可解决其溶解性和粘附性能差的缺点。

凹凸棒石粘土(以下简称凹土)是一种层状的一维纳米材料，具有优良的流变性、较好的热稳定性、良好的可塑性和较高的比表面积等性能，采用化学合成法将聚苯胺复合到凹土的表面或层间结构上可有效解决其难溶解、难分散、均匀性差、涂敷工艺性差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种利用聚苯胺/凹土复合微粒制备防腐蚀保护涂料的方法及应用，该方法以聚苯胺/凹土复合微粒为主要原料制备防腐蚀保护涂料，涂料具有良好的均匀性、粘附性和涂敷工艺性能及防腐蚀性能，一方面能有效提升凹土的经济附加值，另一方面有效地节约资源和能源。

本发明的技术解决方案是：首先，通过原位法制备聚苯胺/凹土复合微粒；然后，制备丙烯酸/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸丁酯三元共聚物溶液；最后，将聚苯胺/凹土复合微粒与三元共聚物溶液按一定的比例共混，经超声搅拌制得防腐蚀保护涂料。

该方法包括以下具体步骤：

(1)凹土矿物经选矿、粉碎、过筛得到凹土粉体；

(2)将凹土粉体、苯胺和盐酸充分混合，在强烈搅拌下缓慢滴加过氧化氢溶液，在室温下反应12h，反应结束后抽滤、去离子水反复洗涤至滤液无色，干燥研磨成粉末状并过400目筛，获得墨绿色的聚苯胺/凹土复合微粒；其中过氧化氢、苯胺和盐酸的摩尔比为1.2∶1∶1，盐酸浓度为1mol/L，凹土粉体和苯胺的质量比为(10～30)∶(90～70)；

(3)按照一定的配比将甲苯、偶氮二异丁睛充分混合、搅拌并加热至70℃，缓慢滴入摩尔比为1∶0.9∶0.19的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的混合单体，反应2h后再保温4h，停止加热，待降至室温出料，得到三元共聚物溶液；其中偶氮二异丁睛与混合单体的质量比为2～3％，甲苯与混合单体质量比为(2～2.5)∶1；

(4)将聚苯胺/凹土复合微粒与三元共聚物溶液按固含量质量比(10～20)∶(90～80)共混，经超声搅拌制得防腐蚀保护涂料。

本发明的应用方法是：涂料采用刷涂、喷涂或浸涂方式均匀地涂敷在钢材的表面，待表面干燥后，60～80℃固化不少于0.5h。

本发明具有以下优点：

1、利用凹土优良的流变性、较好的热稳定性、良好的可塑性和较高的比表面积等特点，将聚苯胺复合到凹土的表面或层间结构上，有效解决聚苯胺难溶解、难分散、均匀性差、涂敷工艺性差等缺点，从而获得致密性、粘附性、保护效果好的防腐涂料。

2、采用聚苯胺/凹土复合微粒为主要原料添加到三元共聚物溶液中制备出金属防腐蚀保护涂料，该涂料由于以凹土为载体，提升了涂层的致密度，减少毛细管作用，增强涂层对腐蚀介质的屏蔽作用，充分发挥聚苯胺对金属的优良保护性能，用于各种钢材在大气、潮湿和腐蚀环境下的防腐蚀保护，具有广阔的应用前景。

3、本发明提供的防腐蚀保护涂料可广泛应用于各种钢材的防腐保护处理，使用温度范围为-30～100℃，采用刷涂、喷涂或浸涂等多种涂覆工艺。

4、该防腐蚀保护涂料是一种有机/无机复合涂料，有机溶剂使用量相对较少，涂层的致密性、粘附性及保护效果好，可节约大量的钢铁材料和能源，具有巨大的经济价值和广泛的市场应用前景。

具体实施方式

下面结合具体的实施例，进一步详细地描述本发明的技术解决方案，应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：

依以下具体步骤制备防腐涂料：

(1)凹土矿物经选矿、粉碎、过筛得到凹土粉体；

(2)将凹土粉体、苯胺和盐酸充分混合，在强烈搅拌下缓慢滴加过氧化氢溶液，在室温下反应12h，反应结束后抽滤、去离子水反复洗涤至滤液无色，干燥研磨成粉末状并过400目筛，获得墨绿色的聚苯胺/凹土复合微粒；其中过氧化氢、苯胺和盐酸的摩尔比为1.2∶1∶1，盐酸浓度为1mol/L，凹土粉体和苯胺的质量比为10∶90；

(3)按照一定的配比将甲苯、偶氮二异丁睛充分混合、搅拌并加热至70℃，缓慢滴入摩尔比为1∶0.9∶0.19的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的混合单体，反应2h后再保温4h，停止加热，待降至室温出料，得到三元共聚物溶液；其中偶氮二异丁睛与混合单体的质量比为2％，甲苯与混合单体质量比为2∶1；

(4)将聚苯胺/凹土复合微粒与三元共聚物溶液按固含量质量比10∶90共混，经超声搅拌制得防腐蚀保护涂料。

根据钢结构桥梁的防腐蚀要求，将防腐涂料均匀地刷涂在需要保护的桥梁钢结构表面；为获得良好的保护时效，在刷涂前对钢结构表面做清理，如除油、除锈处理，待表面干燥后，70℃固化45min。

实施例2：

依以下具体步骤制备防腐涂料：

(1)凹土矿物经选矿、粉碎、过筛得到凹土粉体；

(2)将凹土粉体、苯胺和盐酸充分混合，在强烈搅拌下缓慢滴加过氧化氢溶液，在室温下反应12h，反应结束后抽滤、去离子水反复洗涤至滤液无色，干燥研磨成粉末状并过400目筛，获得墨绿色的聚苯胺/凹土复合微粒；其中过氧化氢、苯胺和盐酸的摩尔比为1.2∶1∶1，盐酸浓度为1mol/L，凹土粉体和苯胺的质量比为20∶80；

(3)按照一定的配比将甲苯、偶氮二异丁睛充分混合、搅拌并加热至70℃，缓慢滴入摩尔比为1∶0.9∶0.19的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的混合单体，反应2h后再保温4h，停止加热，待降至室温出料，得到三元共聚物溶液；其中偶氮二异丁睛与混合单体的质量比为2.5％，甲苯与混合单体质量比为2.25∶1；

(4)将聚苯胺/凹土复合微粒与三元共聚物溶液按固含量质量比15∶85共混，经超声搅拌制得防腐蚀保护涂料。

根据海洋船舶机械的防腐蚀要求，将防腐蚀保护涂料均匀地刷涂在需要保护的海洋船舶机械的钢构件表面；为获得良好的保护时效，在刷涂前对钢构件表面做清理，如除油、除锈处理，待表面干燥后，80℃固化1h。

实施例3：

依以下具体步骤制备防腐涂料：

(1)凹土矿物经选矿、粉碎、过筛得到凹土粉体；

(2)将凹土粉体、苯胺和盐酸充分混合，在强烈搅拌下缓慢滴加过氧化氢溶液，在室温下反应12h，反应结束后抽滤、去离子水反复洗涤至滤液无色，干燥研磨成粉末状并过400目筛，获得墨绿色的聚苯胺/凹土复合微粒；其中过氧化氢、苯胺和盐酸的摩尔比为1.2∶1∶1，盐酸浓度为1mol/L，凹土粉体和苯胺的质量比为30∶70；

(3)按照一定的配比将甲苯、偶氮二异丁睛充分混合、搅拌并加热至70℃，缓慢滴入摩尔比为1∶0.9∶0.19的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的混合单体，反应2h后再保温4h，停止加热，待降至室温出料，得到三元共聚物溶液；其中偶氮二异丁睛与混合单体的质量比为3％，甲苯与混合单体质量比为2.5∶1；

(4)将聚苯胺/凹土复合微粒与三元共聚物溶液按固含量质量比20∶80共混，经超声搅拌制得防腐蚀保护涂料。

根据塔架的防腐蚀要求，将防腐蚀保护涂料均匀地刷涂在塔架的钢结构表面；为获得良好的保护时效，在刷涂前对钢结构表面做清理，如除油、除锈处理，待表面干燥后，60℃固化0.5h。

Claims (3)

1.一种利用聚苯胺/凹土复合微粒制备防腐蚀保护涂料的方法，其特征在于：首先，通过原位法制备聚苯胺/凹土复合微粒；然后，制备丙烯酸/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸丁酯三元共聚物溶液；最后，将聚苯胺/凹土复合微粒与三元共聚物溶液按一定的比例共混，经超声搅拌制得防腐蚀保护涂料。

2.根据权利要求1所述的一种利用聚苯胺/凹土复合微粒制备防腐蚀保护涂料的方法，其特征在于该制备方法包括以下具体步骤：

(1)凹土矿物经选矿、粉碎、过筛得到凹土粉体；

(2)将凹土粉体、苯胺和盐酸充分混合，在强烈搅拌下缓慢滴加过氧化氢溶液，在室温下反应12h，反应结束后抽滤、去离子水反复洗涤至滤液无色，干燥研磨成粉末状并过400目筛，获得墨绿色的聚苯胺/凹土复合微粒；其中过氧化氢、苯胺和盐酸的摩尔比为1.2∶1∶1，盐酸浓度为1mol/L，凹土粉体和苯胺的质量比为(10～30)∶(90～70)；

(3)按照一定的配比将甲苯、偶氮二异丁睛充分混合、搅拌并加热至70℃，缓慢滴入摩尔比为1∶0.9∶0.19的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的混合单体，反应2h后再保温4h，停止加热，待降至室温出料，得到三元共聚物溶液，其中偶氮二异丁睛与混合单体的质量比为2～3％，甲苯与混合单体质量比为(2～2.5)∶1；

(4)将聚苯胺/凹土复合微粒与三元共聚物溶液按固含量质量比(10～20)∶(90～80)共混，经超声搅拌制得防腐蚀保护涂料。

3.根据权利要求1所述的一种利用聚苯胺/凹土复合微粒制备的防腐蚀保护涂料的应用方法，其特征在于该应用方法是：涂料采用刷涂、喷涂或浸涂方式均匀地涂敷在钢材的表面，待表面干燥后，60～80℃固化不少于0.5h。